Информатизация инженерного образования (выпуск 1)

Ч А С Т Ь 2. СРЕДСТВА ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

Авторская среда «Дельфин» [9.1] используется для проектирования учебных курсов на базе мультимедиа-технологий. ИС «Дельфин» разработана в Центре новых информационных технологий Московского энергетического института (ЦНИТ МЭИ), введена в эксплуатацию в 1996 г. (актуальна версия 6.3). Система предназначена для создания обучающих, контролирующих, тренировочных, справочно-кон- сультационных, информационных и других видов КСО для любой предметной области.

Авторская система «Дельфин» позволяет интегрировать видео-, лингво-, гипер- медиа-, компьютерные и Интернет-компоненты в единую обучающую среду. Система «Дельфин» является эффективным средством управления процессом обучения и может использоваться в вузах, техникумах, школах, центрах переподготовки специалистов.

Эксплуатация инструментальной среды проектирования учебных курсов обеспечивает облегчение труда преподавателя, сокращение сроков проектирования и повышение качества обучения за счет точной диагностики знаний, умений и навыков обучаемого, что особенно актуально в условиях открытого и дистанционного обучения.

Особенностями среды «Дельфин» являются:

•детальное описание дидактической цели каждого элемента курса;

•большие возможности анализа разнообразных ответов обучаемого (более 20 типов);

•возможность изменения хода обучения в зависимости от результатов. Полная версия ИС включает в себя модуль для создания ситуационных тре-

нажеров.

Система функционирует под управлением Windows 9*/NT/ 2000/Me/XP и постоянно совершенствуется в результате совместной работы с методистами и преподавателями.

ИС «Универсальный редактор обучающих курсов» (УРОК) [9.2, 9.3] разработана НПФ «ДиСофт» (г. Москва), ведущая версия среды УРОК (версия 6.00), введена в эксплуатацию в 2001 г.

Система УРОК представляет собой программный комплекс, обеспечивающий создание компьютерных обучающих и контролирующих курсов для различных предметных областей, проведение тестов и контрольных заданий. ИС УРОК может быть также использована для создания презентационных, демонстрационных комплексов и проектов.

Функционально система разделена на следующие части: Система автора, Система обучаемого, Редактор сценариев, Редактор динамических моделей, Графический редактор.

Программный комплекс предоставляет широкие возможности для подключения различных динамических модулей и использования современных средств мультимедиа. Кроме того, он позволяет осуществлять контроль за обучением и эффективное управление образовательным процессом.

Основное преимущество системы УРОК заключается в комплексном подходе к решению проблемы автоматизации обучения. Единство между двумя различными процессами — разработкой курса и организацией обучения обеспечивается в системе УРОК на уровне его структуры.

Важными достоинствами этой системы являются ее открытость, гибкость и возможность импорта различных данных (графических, текстовых и др.). В системе

272

Г л а в а 9. Средства разработки и применения электронных образовательных ресурсов

УРОК существует возможность подключения и запуска обучающих программ, созданных в других инструментальных средах, а также формирования интегральной оценки знаний с учетом результатов, полученных обучаемым из программ, являющихся внешними по отношению к системе УРОК.

Система Macromedia Authorware (далее Authorware) разработана фирмой Macromedia, США, версия 7 введена в эксплуатацию в 2002 г.

Macromedia Authorware — визуальная среда разработки, предназначенная для создания интерактивных мультимедийных обучающих программ. Пакет Authorware предусматривает совместное использование различных форм подачи материала: в виде текста, рисунков, видео и звукового сопровождения. Конечный продукт, созданный с помощью Authorware, представляет собой независимое приложение, которое может быть записано на компакт-диск или опубликовано в Интернете. Среда разработки Macromedia Authorware хорошо взаимодействует с другими продуктами фирмы Macromedia.

Имеется возможность создания конечного продукта «одной кнопкой», когда Authorware автоматически определяет состав внешних файлов, которые должны войти в пакет публикации.

Интерфейс и справочная система Macromedia Authorware не русифицированы, однако для создания мультимедийных средств обучения могут использоваться кириллические шрифты.

Разработчик системы Quest (текущая версия 7.0) — фирма Alien Communication, США.

Программа Quest предназначена для создания и проигрывания учебных курсов произвольного содержания с широким использованием мультимедийных данных (видео, звука, графики, анимации и др.).

Пакет Quest позволяет не только встраивать все виды мультимедиа в создаваемый проект, но и обеспечивать оптимизацию их отображения на экране. С помощью набора шаблонов можно сравнительно быстро компоновать необходимые в обучающей программе функциональные модули, встраивать фрагменты, написанные на языке Си, разрабатывать как локальные, так и сетевые исполнения обучающих программ, а также гибридные варианты CD-ROM + Интернет. Он поддерживает технологию ActiveX, что способствует использованию функциональных возможностей уже готовых динамических библиотек.

Пакет Quest позволяет создавать быстро работающие программы, однако требуется их тщательная проверка с помощью встроенного отладчика, поскольку ошибки в структуре программы визуально неуловимы.

Интерфейс и справочная система Quest не русифицированы.

9.3.1. Авторская среда «Дельфин»

Основные понятия. Под электронным учебным курсом или просто курсом понимается учебная компьютерная среда, создаваемая в целях усвоения обучаемыми новых знаний в некоторой предметной области, отработки необходимых умений и навыков, диагностики и контроля знаний, получения справочной информации и т.п.

Набор курсов может быть объединен в единый курс за счет переходов из одного курса в любой другой (цепочка курсов).

273

Ч А С Т Ь 2. СРЕДСТВА ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

Кадр — это минимальная структурная единица, предъявляемая обучаемому единовременно и требующая от него совершения какого-то учебного действия (или операции).

Слайд — часть учебного материала, размещаемого на экране. Слайд может включать в себя текст, графику, звуковые и видеофрагменты и т.п. Слайд является содержательной принадлежностью кадра.

Структура (сценарий) курса описывает взаимосвязь кадров и отображает способ достижения целей обучения.

Собственно система «Дельфин» состоит их трех основных частей:

•дизайнера курса, предназначенного для конструирования структуры курса;

•дизайнера слайдов, используемого для создания слайдов;

•сервисной подсистемы предназначенной для выполнения важных вспомогательных операций с курсом.

Эксплуатация готовых курсов, т.е. обучение, выполняется с помощью специальной программы Проигрыватель курсов.

Интерфейс системы построен на основе общепринятых технологий Windows и включает в себя панели инструментов, иерархическую систему меню, визуальную технологию проектирования, в том числе метод Drag and Drop, и др.

Авторская система «Дельфин» содержит подробную справочную систему, позволяющую в любой момент получить подробную справку или контекстную помощь. Мастера помогут в создании сложных элементов курса.

Ввод и редактирование структуры курса (рис. 9.2). Проектирование учебного курса начинается с определения его структуры (сценария) в виде иерархического описания всех объектов — кадров и связей между ними, т.е. переходов с кадра на кадр. К кадрам обычно подключены слайды с учебным материалом.

Структура курса описывается с помощью следующих понятий: раздела, темы, шага, модуля, кадра.

Раздел — самая крупная единица структуры курса, содержит в себе всю учебную информацию, необходимую для освоения соответствующего раздела курса.

Тема представляет собой структурный элемент, содержащий учебную информацию, необходимую для выполнения законченной последовательности (подмножества) шагов для получения определенных знаний, умений, навыков по материалам раздела.

Шаг — это структурная единица, включающая в себя подмножество педагогических задач одного класса и определяющая стратегию обучения. Типы шагов — мотивационный, информационный, тренировочный, входной контроль, рубежный контроль, зачет.

Модуль — это базовая структурная единица, ориентированная на обучение решению одной конкретной педагогической задачи из данного подмножества задач. Типы модулей — информационный, задача, комплекс, помощь, задачакомплекс.

Кадр — это минимальная структурная единица, являющаяся способом реализации конкретной педагогической задачи. Типы кадров — мотивационный, информационный, меню, мультименю, условие задачи, ситуация, реакция на ответ, точка принятия решения (ТПР) обучаемым, точка принятия решения ПЭВМ, конец курса, генератор задач.

Полное описание структуры точно определяет дидактическую цель каждого элемента курса.

274

Г л а в а 9. Средства разработки и применения электронных образовательных ресурсов

Рис. 9.2. Визуальный редактор структуры КСО

К кадру можно присоединять слайды с учебным материалом, можно настроить его свойства и описать связи текущего кадра с другими кадрами курса.

Типы и атрибуты кадра. К атрибутам кадра относятся:

•слайды, присоединенные к кадру;

•условия и связи текущего кадра с другими объектами курса;

•ограничение времени на обдумывание ответа;

•тип и эталоны ввода высказываний обучаемого;

•состояние генератора сообщений.

Во вкладке «Очистки» можно задать, каким образом будет происходить смена слайда. Смена слайда с очисткой может сопровождаться видеоэффектами (сдвиги, шторки, проявка и др.). При смене слайдов без очистки происходит наложение содержимого текущего слайда на предыдущий (как в кодоскопе), за счет чего можно организовывать сложные экранные композиции.

Важнейшим свойством кадра является возможность связи текущего кадра с другими объектами (кадрами или курсами). Так как для кадра может быть задано некоторое множество связей с другими объектами, то обязательно задание условий, определяющих конкретную связь:

•выбор одного из «стандартных» высказываний: дальше, назад, помощь, справка;

•набор на клавиатуре произвольного высказывания, заканчивающегося нажатием клавиши <Ввод>;

•указание (или выделение) курсором определенного места на экране;

275

ЧА С Т Ь 2. СРЕДСТВА ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

•перемещение по экрану элементов для создания определенной конфигурации ситуации;

•щелчок мышью по определенной области в нужный момент при проигрывании аудиоили видеофрагмента;

•превышение времени, отведенного на обдумывание ответа;

•успешность обучения.

Для окна ввода текста можно определить положение, размеры и цвета.

Анализ произвольных высказываний проводится на основе набора эталонов. Автор может посчитать необходимым ограничить время работы с кадром (например, время обдумывания ответа обучаемым). Для кадров типа «Точка принятия решения ЭВМ» условием выбора одного из заданных переходов является успешность обучения по текущему шагу.

К реквизитам эталона относятся тип ввода, тип эталона, сам эталон, вес ошибки, связь с другими кадрами курса.

Допускаются следующие базовые типы эталонов:

•«число, тип и точность по эталону»;

•«число в диапазоне»;

•«любое число»;

•«слово, фраза»;

•«слово, фраза без учета шрифта»;

•«логическое выражение с ключевыми словами»;

•«алгебраическое выражение»;

•«любое алгебраическое выражение»;

•«логическое выражение»;

•«любое логическое выражение»;

•«графический указатель».

Правила для определения типов эталонов следующие.

Для типа «число, тип и точность по эталону» задается конкретный эталон, например, 1 или 10.5, или 20.55. Точность числа определяется эталоном. Если, например, эталон имеет значение 10.37, то система считает, что нужно сравнивать эталон и ответ с точностью до сотых долей. Поэтому правильными будут все ответы в диапазоне от 10.37 – 0.005 до 10.37 + 0.005.

«Число в диапазоне» записывается так: 3@7. Правильным ответом считается число на отрезке от 3 до 7 включительно. Допустимо только нормальное представление чисел.

Для типа «любое число» задается только тип числа, например значение 10 (целое число). Все ответы обучаемого в виде целого числа будут соответствовать данному эталону. Проводится проверка правильности ввода числа.

«Слово, фраза» предусматривает ввод буквенно-цифровой информации и проверяет ответ учащегося на полное совпадение с эталонами преподавателя без учета лишних пробелов.

«Слово, фраза без учета шрифта» также предусматривает ввод буквенно-цифро- вой информации, но предварительно представляет все буквы как прописными, а затем проверяет ответ учащегося на полное совпадение с эталонами.

«Логическое выражение с ключевыми словами» состоит из знаков логических операций, круглых скобок и ключевых слов, заключенных в логические скобки: @…@. В качестве ключевого слова могут использоваться любые символьные выражения, слова, предложения.

276

Г л а в а 9. Средства разработки и применения электронных образовательных ресурсов

Пример. Требуется назвать стандартные устройства ввода/вывода ПЭВМ IBM PC. Обучаемый может перечислить эти устройства в произвольном порядке.

Возможен следующий эталон ответа: клавиатура и (монитор или дисплей), и (принтер или печать, или АЦПУ), и не (ОЗУ или процессор).

В транскрипции «Дельфин» эталон ответа будет выглядеть так:

@клавиатура@ AND (@монитор@ OR @дисплей@) AND (@принтер@ OR @печать@ OR @АЦПУ@) AND NOT (@ОЗУ@ OR @процессор@).

«Алгебраическое выражение» записывается без знака «=», а «любое алгебраическое выражение» игнорирует эталон и только проверяет ответ обучаемого на правильность записи алгебраического выражения.

Можно вводить любые алгебраические выражения, включающие в себя математические функции, скобки, знаки алгебраических операций, переменные, числа.

«Логическое выражение» записывается без знака «=», а «любое логическое выражение» игнорирует эталон и только проверяет ответ обучаемого на правильность записи логического выражения.

При сравнении ответа с эталонами типов «алгебраическое выражение» и «логическое выражение» проверяется их эквивалентность.

«Графический указатель» определяет ввод высказывания с помощью графического указателя — мыши, трекбола, графического планшета и др. Тип ввода уточняется дополнительным меню:

•указать область — определяется область экрана, внутри которой обучаемый должен щелкнуть мышью;

•указать точку — определяется область экрана и цвет области, внутри которой обучаемый должен щелкнуть мышью;

•выделить область.

Общее число эталонов на каждом кадре до 30.

Вес эталона (вес ошибки) — это число в диапазоне от 0 до 15. Для одного кадра можно использовать разные типы эталонов.

Генерация сообщений. Во многих случаях желательно конкретные данные для задачи генерировать в процессе обучения. Так, например, при проверке знания таблицы умножения надо выдать на экран два целых случайных числа в диапазоне 1—9.

Типы генерируемых сообщений — случайное число в диапазоне, значение выражения, слово из списка, сопоставление списков (например, списки русских, английских, французских терминов).

Кадр «Генератор выборки заданий» организует случайную выборку нескольких заданий из массива — списка заданий.

Вокно «Список заданий» необходимо ввести номера начальных кадров модулей типов «Задача», «Комплекс» или «Задача-комплекс», образующих массив заданий. Из этого массива случайным образом будет выбрано несколько заданий, число которых определяется в окне «Задать вопрос».

Вокне «Переход по окончании» должен быть указан номер кадра (как правило, типа «Точка принятия решения»), к которому необходимо перейти после завершения контрольной серии. Можно указать максимальное число или (и) максимальную сумму штрафных очков, при наборе которых контрольная серия будет прервана и реализован переход к кадру, указанному в окне «Переход при превышении числа ошибок».

277

Ч А С Т Ь 2. СРЕДСТВА ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

Рис. 9.3. Окно Дизайнера слайдов

Выборка заданий совместно с генерацией сообщений позволяет создавать разнообразные сценарии контроля знаний, умений, навыков.

Дизайнер слайдов. С помощью Дизайнера слайдов (рис. 9.3) можно создавать полноценные слайды, содержащие учебный материал. Набор инструментов включает в себя текстовые, графические и мультимедиа-объекты такие, как текст, линия, прямоугольник, окружность, точка, карандаш, ломаная, заливка и др.

Гиперссылка позволяет связать произвольную область экрана с любым слайдом (кадром) курса.

С помощью команды «пауза» можно организовать паузу в показе графических объектов слайда, т.е. приостановить показ на заданное время.

При создании слайдов курса можно экспортировать фрагменты из других документов. Это может быть текст или рисунки, созданные в таких Windows-приложе- ниях, как Office, PhotoShop, Corel Draw и др. Вставка осуществляется посредством стандартного системного буфера обмена (Clipboard).

Работа с мультимедиа-компонентами. Эскиз системы «Дельфин» позволяет сохранить все объекты, которые составляют данный слайд, в отдельном файле с уникальным именем. Впоследствии этот файл может быть прочитан в любом другом слайде любого курса. Эскизы обычно используются для создания библиотеки графических образов и шаблонов слайдов.

Любую часть слайда можно сохранить как растровую картинку.

Подключение мультимедиа. Растровая картинка — импортирование (чтение) картинок, созданных собственным или внешним графическим редактором. Поддерживаются наиболее распространенные Windows-форматы: BMP, DIB, JPG,

278

Г л а в а 9. Средства разработки и применения электронных образовательных ресурсов

WMF, GIF, ICO, RLE, EMF. Дополнительно можно определить разнообразные видеоэффекты показа картинки.

Цифровой звук — подключение к текущему слайду ранее записанных речевых и музыкальных фрагментов в формате WAV или МР-3 или синтезированной музыки в формате MIDI или RMI.

Видео — подключение к текущему слайду видеофрагмента формата AVI. Приложение (EXE) — включение в текущий слайд команды старта внешнего

приложения с параметрами.

Демонстрация Power Point — включение в курс демонстраций, сделанных в приложении Power Point.

Открыть окно для HTML-файлов — открытие окна Internet Explorer для файлов формата HTML и указание либо расположения головного файла на вашем компьютере (автономная работа), либо адреса web-сайта, с которого будет прочитан этот файл. В последнем случае этот адрес придется ввести вручную.

График функции. В заданном окне нужно вывести график функции от x, заданной аналитическим выражением. В диалоговом окне настройки Вы вводите аналитическое выражение для функции, например Sin(x2), пределы изменения x составляют Xмин и Xмакс, пределы вывода функции — Yмин и Yмакс. Остальные параметры

— цвет графика, цвет окна, вывод осей координат, цвет осей координат, нанесение масштабной сетки, необходимость и параметры штриховки также задаются пользователем.

Анимация. Под анимацией в системе «Дельфине» понимается перемещение

и(или) изменение угла и (или) изменение масштаба графических объектов по заданным законам.

Мастер создания анимации шаг за шагом проведет по всем этапам этой процедуры: определение объектов, задание траектории, определение блоков.

Разрешенными графическими объектами анимации являются: окружность, точка, ломаная, текст, векторная или растровая картинка. Несколько объектов могут быть объединены в блок, который будет анимироваться как единое целое.

Для каждого блока можно задать траекторию, по которой будут перемещаться все объекты блока. Разрешенные виды задания траектории — линия, ломаная, функция. Кроме траектории или вместо нее можно задать правила изменения угла

и(или) масштаба вывода объектов блока.

Редактор объектов. Простым и удобным средством редактирования изображений служит Редактор объектов. Он позволяет:

•перемещаться от объекта к объекту;

•редактировать параметры объекта;

•удалять объект;

•восстанавливать ранее удаленный объект;

•перемещать объект с места на место.

Нажатием клавиши «Визуальный редактор» можно перейти в режим редактирования объекта непосредственно на экране.

Анализ ситуаций. В текущей версии системы допустимы следующие типы анализа ситуаций:

•преобразовать в алгебраическое выражение;

•преобразовать в строку;

•классификация по областям.

279

Ч А С Т Ь 2. СРЕДСТВА ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

Рис. 9.4. Создание элементов ситуации

Свойства элементов ситуации. Каждый элемент ситуации обладает свойствами, определяющими его видимость и поведение. Элемент существует, если с ним связан графический образ — символ из набора шрифтов или картинка. Можно использовать как имеющиеся в Windows шрифты, так и свои собственные, разработанные для конкретных курсов. С помощью поставляемого редактора векторных шрифтов Вы можете создать шрифты, содержащие разноцветные символы. Свойства элемента позволяют его идентифицировать и описать поведение, видимость и т.п.

На рис. 9.4 выделены следующие основные элементы окна:

•меню проектирования — в верхнем левом углу (1);

•окно ситуации (2);

•окно ввода ситуации (3);

•меню пользователя (обучаемого) (4).

Проигрыватель курсов. Готовые курсы могут быть установлены на компьютеры обучаемых или сервер локальной сети. Проигрыватель курсов устанавливается на каждый компьютер и не зависит от конкретного курса.

Проигрыватель позволяет реализовать все возможности и требования, заложенные авторами на этапе проектирования. Дополнительно Проигрыватель курсов предоставляет следующие возможности:

•выбор курса из списка зарегистрированных курсов;

•авторизацию обучаемых;

•генерацию ремарок об успешности решения заданий и ходе контроля;

•вызов по запросу обучаемого встроенного калькулятора или построителя графиков произвольных функций;

•переход из одного курса в другой;

280

Г л а в а 9. Средства разработки и применения электронных образовательных ресурсов

•сбор, обработку и сохранение текущих статистических данных о ходе и результатах обучения;

•выдачу результатов обучения на экран при прерывании сеанса обучения или завершении обучения;

•прерывание текущего сеанса обучения с сохранением всех данных и дальнейшим входом в точку прерывания при следующем сеансе обучения.

Рекомендации по применению ИС для разработки средств обучения. ИС «Дельфин» не требует специальных навыков программирования, и ее освоение доступно обычному пользователю — автору курса, что ускоряет внедрение ИС «Дельфин» в процесс проектирования компьютерных учебных курсов. Приобретение навыков, необходимых для создания учебных курсов, возможно за короткое время.

ИС «Дельфин» может эффективно применяться как на лекционных, так и на рабочих и заключительных этапах обучения. Большое разнообразие средств анализа ответов позволяет использовать среду при разработке систем контроля и обучения как для технических, так и для гуманитарных дисциплин.

9.3.2. Авторская среда «Универсальный редактор обучающих курсов»

Назначение среды и ее использование. Авторская система представляет собой комплекс инструментальных средств, предназначенных для создания обучающих курсов для различных предметных областей.

Авторская система является оболочкой, поддерживающей работу функциональных редакторов и вспомогательных средств в единой идеологии и среде.

Доступ к данным и описаниям курса контролируется системой автора, которая позволяет создать или скорректировать текстовую или графическую часть кадра, исправить сценарий работы курса, эталонные ответы, промоделировать выполнение курса и наглядно представить практический результат, внесенный в его работу.

Программно-инструментальная система представляет собой структуру, объединяющую в своей среде функциональные редакторы или блоки, предназначенные для редактирования (ввода, перекодировки, сохранения) первичных данных и организации способов и последовательности их предъявления по согласованным (указанным) условиям.

Первичными данными в системе УРОК являются:

•графический рисунок;

•текстовый блок;

•эталоны ответов;

•математические модели явлений и процессов управления объектами. Предъявление учебного материала обеспечивается сценарием.

Усвоение знаний определяется системой контроля и переходами между кадра-

ми (фрагментами).

Управление учебным процессом — расписание и условия перехода по тематическому плану занятий — реализовано в Системе обучаемого.

Основные понятия среды. Учебным курсом является единый модуль, предназначенный для обучения или контроля в течение одного учебного занятия. Учебные курсы могут быть двух типов: обучающими или контролирующими.

Обучающий курс состоит из последовательности кадров и представляет собой порцию информации, с которой учащийся знакомится в течение одного учебного занятия.

281